Усилитель на TDA2009A — один канал 18 Вт в мостовом включении

В мостовом включении TDA2009A даёт один канал 18 Вт на нагрузке 8 Ом: так указано на рисунке 16 даташита ST (искажения 1 %, усиление 40 дБ). Допустимое питание микросхемы — от 8 до 28 В, достаточно одного источника, двухполярный блок не нужен.

Для 4 Ом цифр мостового режима в даташите нет, а расчёт показывает пиковый ток выше предельных 3,5 А. Поэтому берите динамик 8 Ом. Нужен радиатор: по оценке около 2,5 °C/Вт.

TDA2009A рассчитана на стереоусилитель: в корпусе два одинаковых канала. Но раз радиатор нужен в любом случае, можно использовать оба канала на одну нагрузку — мост. Нагрузка получает удвоенный размах напряжения при однополярном питании.

Ниже — параметры с условиями, схема моста, блок питания, расчёт радиатора и типовые ошибки.

Что умеет микросхема

Данные — из даташита ST на TDA2009A (редакция сентября 2003 года), стереорежим. Условия: питание 24 В, усиление 36 дБ, температура 25 °C, если не сказано иное. В таблице указано, какое число минимальное, типовое или максимальное.

Параметр	Значение
Питание	8…28 В
Мощность на канал, 4 Ом (искажения 1 %, 1 кГц)	12,5 Вт тип.
То же на 8 Ом	7 Вт тип.
Мощность на канал в полосе 40 Гц – 12,5 кГц	10 Вт мин. (4 Ом), 5 Вт мин. (8 Ом)
Мощность на канал при 18 В (1 кГц)	7 Вт тип. (4 Ом), 4 Вт тип. (8 Ом)
Коэффициент гармоник, 4 Ом, 0,1–7 Вт	0,2 % тип.
Ток покоя	60 мА тип., 120 мА макс.
Усиление в стерео	35,5 дБ мин., 36 дБ тип., 36,5 дБ макс.
Входное сопротивление	70 кОм мин., 200 кОм тип.
Подавление пульсаций питания	55 дБ тип.
Мост, 8 Ом, усиление 40 дБ, искажения 1 %	18 Вт (рисунок 16)
Выходной ток	до 3,5 А повторяющийся, 4,5 А однократно (100 мкс)
Допустимая мощность рассеяния	20 Вт при температуре корпуса 90 °C
Температура срабатывания тепловой защиты	145 °C
Тепловое сопротивление кристалл–корпус	не более 3 °C/Вт

Выводы Multiwatt11: 1 — вход первого канала, 2 — цепь обратной связи первого, 3 — подавление пульсаций питания, 4 — цепь обратной связи второго, 5 — вход второго канала.

Остальные: 6 — земля, 8 — выход второго канала, 9 — плюс питания, 10 — выход первого канала.

Схема

Номиналы совпадают с типовым включением из даташита (рис. 16). Работает мост так.

• 
  Два канала в противофазе.Первый канал усиливает сигнал как обычно, второй включён в противофазе: обратные связи и входы — как на рисунке 16.
• 
  Нагрузка между выходами.Динамик подключён к выводам 10 и 8, поэтому напряжение на нём вдвое больше, чем у одного канала, и теоретическая мощность вчетверо выше.
• 
  Ограничение тока.Выходной ток микросхемы ограничен (3,5 А повторяющийся), поэтому даташит показывает 18 Вт, а не вчетверо большую мощность стереоканала.
• 
  Общий провод.Вывод 6 — общий; оба конца динамика не должны соединяться с землёй.

Усиление в мосте — 40 дБ (около 100 раз): для 18 Вт на 8 Ом нужно √(18 · 8) = 12 В на нагрузке, то есть около 0,12 В на входе. Даташит требует усиление не ниже 26 дБ.

Расчёт: питание и мощность

Напряжение питания для рисунка 16 в даташите не указано. Оценка (условная): в стерео при 24 В на 4 Ом по даташиту 12,5 Вт, амплитуда 10 В — до половины питания (12 В) остаётся около 2 В потерь.

Для 18 Вт на 8 Ом нужна амплитуда на нагрузке √(2 · 8 · 18) ≈ 17 В, то есть около 8,5 В на каждом выходе. С теми же потерями это соответствует питанию порядка 21 В. При 24 В теоретический предел выше, но по току и нагреву ориентир — 18 Вт.

Для 4 Ом оценка тока: амплитуда 17 В при таком же размахе даёт пик 17 / 4 ≈ 4,3 А — выше повторяющегося предела 3,5 А. Поэтому берите 8 Ом.

Блок питания

Питание схемы — 24 В постоянного (максимум по даташиту — 28 В). Трансформатор со вторичной обмоткой 18 В переменного даёт после выпрямления около 24 В без нагрузки (18 В · √2 минус падение на диодах); под нагрузкой напряжение ниже.

Мост на 5 А можно собрать из четырёх диодов, если готового нет. Сглаживающий электролит — от 2200 мкФ на 35 В. Регулятор громкости — переменный резистор около 10 кОм на входе.

Средний ток считают по формуле I = (2/π) · U / RL, где U — амплитуда на нагрузке: для моста, 17 В и 8 Ом получается около 1,35 А.

Радиатор

Без радиатора эту микросхему включать нельзя. Максимальную мощность рассеяния моста оценивают по формуле P = 2 · Vs² / (π² · RL): для 24 В и 8 Ом это около 14,6 Вт. С током покоя 24 · 0,06 ≈ 1,4 Вт получается около 16 Вт.

Тепловое сопротивление радиатора считают по формуле RθSA = (Tк − Tокр) / P − RθCS. Пример (условный): корпус до 80 °C, воздух 40 °C, слой силиконовой смазки 0,2 °C/Вт: (80 − 40) / 16 − 0,2 ≈ 2,3 °C/Вт.

Пластина корпуса соединена с землёй, поэтому изолировать её от радиатора по даташиту не нужно. Радиатор окажется под потенциалом земли — учтите это, если он касается шасси. Термопаста или смазка обязательна.

Типовые ошибки

Где пригодится сегодня

Пример хорошего применения — простой усилитель для активного сабвуфера или колонки в мастерской: одна микросхема, один блок питания, никакой наладки.

Если нужна компьютерная акустика на стерео, сегодня проще взять готовый модуль класса D на 2×15–50 Вт, чем делать блок питания и радиатор. TDA2009A остаётся в старых центрах и активных колонках, где её приходится менять.

Что в итоге

Подходит: для одного канала 15–18 Вт на 8 Ом, сабвуфера с небольшой мощностью. Не подходит: для двух каналов по 18 Вт — тогда нужны две микросхемы или TDA2030A при двухполярном питании.

Сравнение микросхемных усилителей и порядок выбора — в обзоре усилители НЧ на микросхемах. Родственные схемы — усилитель на TDA2030A и усилитель на TDA2040; для подключения к компьютеру пригодится USB-плеер на ЦАП PCM5102.

Частые вопросы

Сколько ватт даёт TDA2009A в мосте?

18 Вт на нагрузке 8 Ом при искажениях 1 % и усилении 40 дБ — так указано на рисунке 16 даташита.

В стерео при 24 В на канал получается 12,5 Вт (тип.) на 4 Ом и 7 Вт (тип.) на 8 Ом.

Напряжение питания для моста в даташите не указано.

Можно ли включить мост на 4 Ом?

Даташит не приводит цифр мостового режима для 4 Ом. По расчёту при 18 Вт пик тока около 4,3 А, что выше повторяющегося предела 3,5 А.

Поэтому берите динамик 8 Ом; для 4 Ом смотрите TDA1554Q или TDA1552Q.

Какой трансформатор нужен?

Для 24 В постоянного — вторичка около 18 В переменного: 18 В · √2 минус падение на диодах даёт около 24 В без нагрузки. Ток нагрузки — около 1,35 А.

Такой трансформатор или готовый блок на 24 В продаётся в российских магазинах радиодеталей.

Какой радиатор нужен TDA2009A?

Для моста при 24 В и 8 Ом микросхема рассеивает около 16 Вт. Для корпуса 80 °C и воздуха 40 °C — около 2,3 °C/Вт.

Подойдёт крупный радиатор от старого процессора с вентилятором; ставьте микросхему с термопастой.

Чем мост лучше стерео?

Мост даёт на нагрузке удвоенный размах напряжения при одном питании. Для моста нужен один динамик 8 Ом, для стерео — два канала по 12,5 Вт тип. на 4 Ом при 24 В.

Выбирайте мост для сабвуфера и стерео для двух колонок.

Калькуляторы для аудио

• Радиатор для транзистора и стабилизатораНужное тепловое сопротивление радиатора и нужен ли он вообще
• Сечение провода и кабеляМинимальное сечение по допустимому току и по падению напряжения
• Децибелы: напряжение, мощность, дБм, дБu, дБВОтношения в дБ и обратно, абсолютные уровни дБм/дБu/дБВ